變頻器的四大保護(hù)功能
說到變頻器的保護(hù)功能，當(dāng)然是圍繞變頻器發(fā)生的一些故障保護(hù)，實(shí)際應(yīng)用中，通常指包含變頻器在內(nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)功能，比如線路保護(hù)、變頻器自身保護(hù)、電機(jī)保護(hù)、機(jī)械負(fù)載保護(hù)等等。
一、變頻器的線路保護(hù)
變頻器的線路保護(hù)，可以理解成在變頻器發(fā)生短路故障時(shí)，變頻器能夠從電網(wǎng)上分離，防止電網(wǎng)問題擴(kuò)大化，所以會(huì)涉及到變頻器的進(jìn)線開關(guān)器件、熔斷器的配置，具體器件的容量的選擇，西門子小功率變頻器的標(biāo)準(zhǔn)配置是刀熔開關(guān)加接觸器的形式，大功率的變頻器采用3WL斷路器作為進(jìn)線保護(hù)。
對于進(jìn)線側(cè)的開關(guān)熔斷器等，一些設(shè)計(jì)人員考慮成本問題， 總想盡可能的省去一些東西，其實(shí)有些得不償失。
1、 空氣斷路器的響應(yīng)時(shí)間是保護(hù)不了變頻器的整流橋的。比如，進(jìn)線不加快速熔斷器，在變頻器前端配上一個(gè)空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進(jìn)線端子上，實(shí)際上這種設(shè)計(jì)從保護(hù)角度是不完善的， 當(dāng)變頻器直流發(fā)生短路故障時(shí)，大電流流經(jīng)變頻器的整流橋，很容易造成整流側(cè)的損壞。
2、 操作空氣開關(guān)瞬間，可能發(fā)生拉弧現(xiàn)象。比如，不加進(jìn)線接觸器，在變頻器前端配上一個(gè)空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進(jìn)線端子上，從安全角度也是存在隱患的，可能對操作工造成傷害，實(shí)際上這種設(shè)計(jì)從操作角度是不方便的，打開變頻器柜門，操作變頻器上電掉電；如果在變頻器的柜門通過按鈕操作接觸器，既方便又安全；另外在變頻器發(fā)生故障時(shí)，還能夠自動(dòng)分?jǐn)噙M(jìn)線側(cè)的接觸器， 防止故障擴(kuò)大化 。
3、 有關(guān)變頻器線路保護(hù)，進(jìn)線側(cè)必要的器件不能省去， 盡管說變頻器故障后會(huì)封鎖輸出， 但是變頻器前端整流橋、直流回路的有些問題，變頻器自身可能保護(hù)不了，從系統(tǒng)保護(hù)的可靠性方面分析，開關(guān)器件也存在失效的可能，而且各自的功能也不一樣，所以變頻器進(jìn)線保護(hù)器件不能省，不能因小失大。
4、 進(jìn)線沒有保護(hù)損失慘重，血的教訓(xùn)。
由變頻器本身的條件所限，功率器件的耐壓、電流的限制、工作溫度等等，當(dāng)變頻器運(yùn)行過程中達(dá)到或者接近變頻器的允許范圍，就會(huì)發(fā)出報(bào)警或者故障信號，進(jìn)行預(yù)警或者停機(jī)保護(hù)；變頻器的保護(hù)功能很多，這里以更常見保護(hù)功能舉例，比如過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等等。
１、 過壓保護(hù)（F2）：此功能是為了防止出現(xiàn)直流母線電壓過高，造成電容或者IGBT等器件損壞，變頻器判斷過壓的檢測點(diǎn)在直流母線，以3AC380-480V 交流電壓等級為例， 正常直流母線電壓約為1.35倍的交流進(jìn)線電壓計(jì)算，通常為DC 520V-DC 540V之間，當(dāng)變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載慣量比較大，快速降速時(shí)，或者變頻器拖動(dòng)位能性負(fù)載下放時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出給電機(jī)的轉(zhuǎn)速，造成負(fù)載反拖電機(jī)，電機(jī) 處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過變頻器的逆變橋IGBT反并聯(lián)二極管回饋到變頻器的直流母線，由于直流母線的電容容量固定， 隨著回饋能量的增加，直流母線電壓隨之升高，達(dá)到一定的限值可能導(dǎo)致器件的損壞，所以此時(shí)必須抑制過壓趨勢，比如投入制動(dòng)單元制動(dòng)電阻，激活更大直流電壓控制器等等。
２、 欠壓保護(hù)（F3）：此功能檢測出變頻器直流母線電壓低于某個(gè)值，比如正常1.35倍的交流電壓，如果電壓再低10%，此時(shí)變頻器可能發(fā)生欠電壓報(bào)警或故障，欠壓故障間接反映的是交流側(cè)可能出現(xiàn)了問題，欠壓保護(hù)的功能是防止變頻器直流母線電壓過低時(shí)，輸出功率受限，功率器件的工作特性發(fā)生變化，控制電壓異常，防止變頻器硬件出現(xiàn)損壞，通常操作也要先停止變頻器輸出，再分?jǐn)噙M(jìn)線開關(guān)，避免人為造成欠電壓故障。
３、 過流保護(hù)（F1）：通常變頻器的輸出電流超過變頻器的額定輸出電流某個(gè)限制值，通常是變頻器廠家研發(fā)層面的細(xì)節(jié)，與IGBT功率器件選型設(shè)計(jì)裕量有關(guān)， 不同廠家，不同功率段也不一樣。變頻器本身的過流保護(hù)區(qū)別于電機(jī)的過流保護(hù)，一般滯后于電機(jī)的過流保護(hù)。
4 、過熱保護(hù)（F4）：變頻器運(yùn)行過程中，功率器件會(huì)發(fā)熱，正常情況下，變頻器的散熱風(fēng)機(jī)能夠使得變頻器發(fā)熱散熱平衡，不至于變頻器報(bào)故障，但是當(dāng)環(huán)境溫度過高，變頻器過載運(yùn)行，冷卻風(fēng)機(jī)故障、冷卻風(fēng)道不通暢，也會(huì)導(dǎo)致變頻器過熱，極端情況會(huì)導(dǎo)致功率器件損壞；通常引發(fā)過熱故障，多數(shù)由于變頻器柜安裝環(huán)境差，風(fēng)道堵塞所致。
１、 過熱保護(hù)（F11）：電機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)負(fù)載比較重，運(yùn)行電流長時(shí)間超過電機(jī)額定電流時(shí)， 電機(jī)的溫度會(huì)升高，如果環(huán)境溫度過高， 也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，如果長時(shí)間超過電機(jī)的額定溫升，可能導(dǎo)致電機(jī)燒毀；通常電機(jī)的過熱保護(hù)，可以通過軟件方式實(shí)現(xiàn)，變頻器根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行電流，結(jié)合電機(jī)的模型，估算電機(jī)的發(fā)熱情況，更直接更可靠的方式是在電機(jī)繞組中預(yù)裝溫度傳感器，根據(jù)傳感器實(shí)測溫度，對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
２、 缺相保護(hù)（F30015）： 由于變頻器輸出與電機(jī)之間的電纜可能出現(xiàn)松動(dòng)等情況， 導(dǎo)致電機(jī)缺相。電機(jī)的缺相保護(hù)，由變頻器的輸出側(cè)霍爾元件測量，當(dāng)三相電流的不平衡度超過一定限制值，變頻器報(bào)電機(jī)缺相故障，此時(shí)需要檢查電機(jī)電纜、變頻器輸出接線端子、電機(jī) 接線端子的可靠性。
３、 過流保護(hù)（F7801）：電機(jī)的過流保護(hù)實(shí)際上通過變頻器運(yùn)行中檢測實(shí)際輸出電流，當(dāng)檢測到的實(shí)際電流超過，2*電機(jī)電流的限制值（2*P640）或者電機(jī)額定電流的4倍，取較小的值，電機(jī)發(fā)生過流故障保護(hù)。
4 、過載保護(hù)（F7011）：電機(jī)可以瞬時(shí)過載運(yùn)行， 但是有一個(gè)過載保護(hù)曲線，變頻器根據(jù)電機(jī)模型，運(yùn)行中監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行電流，通過 I*I*t的累計(jì)，判斷電機(jī)是否過載，該功能俗稱電子熱繼電器。
三、機(jī)械負(fù)載保護(hù)（負(fù)載監(jiān)控功能）
１、 轉(zhuǎn)矩保護(hù)：當(dāng)變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載重，實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于某個(gè)值時(shí)，可能導(dǎo)致機(jī)械損壞，變頻器自動(dòng)控制輸出轉(zhuǎn)矩，防止過大的輸出扭矩導(dǎo)致機(jī)械損壞。
２、 斷帶保護(hù)：在變頻器運(yùn)行中，通過設(shè)置正常負(fù)載的轉(zhuǎn)矩窗口比較，當(dāng)機(jī)械負(fù)載低于窗口下限值，認(rèn)為機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，變頻器停機(jī)保護(hù)。
四、其它保護(hù)功能
變頻器的保護(hù)功能很多，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，目的使得傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；通常正確的調(diào)試，比如合適的加減速時(shí)間、合理設(shè)置變頻器的限幅值，也是保障變頻器正常運(yùn)行的條件， 另外設(shè)置轉(zhuǎn)矩限幅、功率限幅、電流限幅等，也可以減少變頻器的故障發(fā)生。
一、變頻器的線路保護(hù)
變頻器的線路保護(hù)，可以理解成在變頻器發(fā)生短路故障時(shí)，變頻器能夠從電網(wǎng)上分離，防止電網(wǎng)問題擴(kuò)大化，所以會(huì)涉及到變頻器的進(jìn)線開關(guān)器件、熔斷器的配置，具體器件的容量的選擇，西門子小功率變頻器的標(biāo)準(zhǔn)配置是刀熔開關(guān)加接觸器的形式，大功率的變頻器采用3WL斷路器作為進(jìn)線保護(hù)。
S120的整流側(cè)結(jié)構(gòu)圖
對于進(jìn)線側(cè)的開關(guān)熔斷器等，一些設(shè)計(jì)人員考慮成本問題， 總想盡可能的省去一些東西，其實(shí)有些得不償失。
1、 空氣斷路器的響應(yīng)時(shí)間是保護(hù)不了變頻器的整流橋的。比如，進(jìn)線不加快速熔斷器，在變頻器前端配上一個(gè)空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進(jìn)線端子上，實(shí)際上這種設(shè)計(jì)從保護(hù)角度是不完善的， 當(dāng)變頻器直流發(fā)生短路故障時(shí)，大電流流經(jīng)變頻器的整流橋，很容易造成整流側(cè)的損壞。
2、 操作空氣開關(guān)瞬間，可能發(fā)生拉弧現(xiàn)象。比如，不加進(jìn)線接觸器，在變頻器前端配上一個(gè)空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進(jìn)線端子上，從安全角度也是存在隱患的，可能對操作工造成傷害，實(shí)際上這種設(shè)計(jì)從操作角度是不方便的，打開變頻器柜門，操作變頻器上電掉電；如果在變頻器的柜門通過按鈕操作接觸器，既方便又安全；另外在變頻器發(fā)生故障時(shí)，還能夠自動(dòng)分?jǐn)噙M(jìn)線側(cè)的接觸器， 防止故障擴(kuò)大化 。
3、 有關(guān)變頻器線路保護(hù)，進(jìn)線側(cè)必要的器件不能省去， 盡管說變頻器故障后會(huì)封鎖輸出， 但是變頻器前端整流橋、直流回路的有些問題，變頻器自身可能保護(hù)不了，從系統(tǒng)保護(hù)的可靠性方面分析，開關(guān)器件也存在失效的可能，而且各自的功能也不一樣，所以變頻器進(jìn)線保護(hù)器件不能省，不能因小失大。
4、 進(jìn)線沒有保護(hù)損失慘重，血的教訓(xùn)。
由變頻器本身的條件所限，功率器件的耐壓、電流的限制、工作溫度等等，當(dāng)變頻器運(yùn)行過程中達(dá)到或者接近變頻器的允許范圍，就會(huì)發(fā)出報(bào)警或者故障信號，進(jìn)行預(yù)警或者停機(jī)保護(hù)；變頻器的保護(hù)功能很多，這里以更常見保護(hù)功能舉例，比如過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等等。
１、 過壓保護(hù)（F2）：此功能是為了防止出現(xiàn)直流母線電壓過高，造成電容或者IGBT等器件損壞，變頻器判斷過壓的檢測點(diǎn)在直流母線，以3AC380-480V 交流電壓等級為例， 正常直流母線電壓約為1.35倍的交流進(jìn)線電壓計(jì)算，通常為DC 520V-DC 540V之間，當(dāng)變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載慣量比較大，快速降速時(shí)，或者變頻器拖動(dòng)位能性負(fù)載下放時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出給電機(jī)的轉(zhuǎn)速，造成負(fù)載反拖電機(jī)，電機(jī) 處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過變頻器的逆變橋IGBT反并聯(lián)二極管回饋到變頻器的直流母線，由于直流母線的電容容量固定， 隨著回饋能量的增加，直流母線電壓隨之升高，達(dá)到一定的限值可能導(dǎo)致器件的損壞，所以此時(shí)必須抑制過壓趨勢，比如投入制動(dòng)單元制動(dòng)電阻，激活更大直流電壓控制器等等。
２、 欠壓保護(hù)（F3）：此功能檢測出變頻器直流母線電壓低于某個(gè)值，比如正常1.35倍的交流電壓，如果電壓再低10%，此時(shí)變頻器可能發(fā)生欠電壓報(bào)警或故障，欠壓故障間接反映的是交流側(cè)可能出現(xiàn)了問題，欠壓保護(hù)的功能是防止變頻器直流母線電壓過低時(shí)，輸出功率受限，功率器件的工作特性發(fā)生變化，控制電壓異常，防止變頻器硬件出現(xiàn)損壞，通常操作也要先停止變頻器輸出，再分?jǐn)噙M(jìn)線開關(guān)，避免人為造成欠電壓故障。
３、 過流保護(hù)（F1）：通常變頻器的輸出電流超過變頻器的額定輸出電流某個(gè)限制值，通常是變頻器廠家研發(fā)層面的細(xì)節(jié)，與IGBT功率器件選型設(shè)計(jì)裕量有關(guān)， 不同廠家，不同功率段也不一樣。變頻器本身的過流保護(hù)區(qū)別于電機(jī)的過流保護(hù)，一般滯后于電機(jī)的過流保護(hù)。
4 、過熱保護(hù)（F4）：變頻器運(yùn)行過程中，功率器件會(huì)發(fā)熱，正常情況下，變頻器的散熱風(fēng)機(jī)能夠使得變頻器發(fā)熱散熱平衡，不至于變頻器報(bào)故障，但是當(dāng)環(huán)境溫度過高，變頻器過載運(yùn)行，冷卻風(fēng)機(jī)故障、冷卻風(fēng)道不通暢，也會(huì)導(dǎo)致變頻器過熱，極端情況會(huì)導(dǎo)致功率器件損壞；通常引發(fā)過熱故障，多數(shù)由于變頻器柜安裝環(huán)境差，風(fēng)道堵塞所致。
5 、變頻器輸入缺相（F20）：一般變頻器的輸入缺相不直接測量，通過直流母線電壓的紋波進(jìn)行判斷，當(dāng)變頻器負(fù)載運(yùn)行，如果變頻器輸入缺相發(fā)生時(shí)，直流母線的紋波加大，對于６脈動(dòng)整流，導(dǎo)致另外的整流二極管負(fù)載加重，可能導(dǎo)致整流橋損壞情況。
１、 過熱保護(hù)（F11）：電機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)負(fù)載比較重，運(yùn)行電流長時(shí)間超過電機(jī)額定電流時(shí)， 電機(jī)的溫度會(huì)升高，如果環(huán)境溫度過高， 也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，如果長時(shí)間超過電機(jī)的額定溫升，可能導(dǎo)致電機(jī)燒毀；通常電機(jī)的過熱保護(hù)，可以通過軟件方式實(shí)現(xiàn)，變頻器根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行電流，結(jié)合電機(jī)的模型，估算電機(jī)的發(fā)熱情況，更直接更可靠的方式是在電機(jī)繞組中預(yù)裝溫度傳感器，根據(jù)傳感器實(shí)測溫度，對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
２、 缺相保護(hù)（F30015）： 由于變頻器輸出與電機(jī)之間的電纜可能出現(xiàn)松動(dòng)等情況， 導(dǎo)致電機(jī)缺相。電機(jī)的缺相保護(hù)，由變頻器的輸出側(cè)霍爾元件測量，當(dāng)三相電流的不平衡度超過一定限制值，變頻器報(bào)電機(jī)缺相故障，此時(shí)需要檢查電機(jī)電纜、變頻器輸出接線端子、電機(jī) 接線端子的可靠性。
３、 過流保護(hù)（F7801）：電機(jī)的過流保護(hù)實(shí)際上通過變頻器運(yùn)行中檢測實(shí)際輸出電流，當(dāng)檢測到的實(shí)際電流超過，2*電機(jī)電流的限制值（2*P640）或者電機(jī)額定電流的4倍，取較小的值，電機(jī)發(fā)生過流故障保護(hù)。
4 、過載保護(hù)（F7011）：電機(jī)可以瞬時(shí)過載運(yùn)行， 但是有一個(gè)過載保護(hù)曲線，變頻器根據(jù)電機(jī)模型，運(yùn)行中監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行電流，通過 I*I*t的累計(jì)，判斷電機(jī)是否過載，該功能俗稱電子熱繼電器。
三、機(jī)械負(fù)載保護(hù)（負(fù)載監(jiān)控功能）
１、 轉(zhuǎn)矩保護(hù)：當(dāng)變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載重，實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于某個(gè)值時(shí)，可能導(dǎo)致機(jī)械損壞，變頻器自動(dòng)控制輸出轉(zhuǎn)矩，防止過大的輸出扭矩導(dǎo)致機(jī)械損壞。
２、 斷帶保護(hù)：在變頻器運(yùn)行中，通過設(shè)置正常負(fù)載的轉(zhuǎn)矩窗口比較，當(dāng)機(jī)械負(fù)載低于窗口下限值，認(rèn)為機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，變頻器停機(jī)保護(hù)。
四、其它保護(hù)功能
變頻器的保護(hù)功能很多，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，目的使得傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；通常正確的調(diào)試，比如合適的加減速時(shí)間、合理設(shè)置變頻器的限幅值，也是保障變頻器正常運(yùn)行的條件， 另外設(shè)置轉(zhuǎn)矩限幅、功率限幅、電流限幅等，也可以減少變頻器的故障發(fā)生。
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